【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 置實(shí)時(shí)地讀出和修改?？捎糜陔妱?dòng)機(jī)空載啟動(dòng)運(yùn)行數(shù)秒后再加入額定負(fù)載；注朔機(jī)合模后經(jīng)數(shù)分鐘再開(kāi)模等按時(shí)間順序控制的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。（3）計(jì)數(shù)控制。PLC為用戶提供了幾十個(gè)甚至幾千個(gè)計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)設(shè)定值的設(shè)定方式類似于計(jì)時(shí)器。一般計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率較低，如需對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則需選用高速計(jì)數(shù)模塊，其最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)50KHz，如貝加萊公司的高速計(jì)數(shù)模塊；或者選用具有內(nèi)部高速計(jì)數(shù)模塊的PLC，如三菱公司的FX系列的PLC，它可提供計(jì)數(shù)頻率達(dá)10kHz的內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器。（4）過(guò)程控制。有些PLC具有模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換功能，能完成對(duì)模擬量的檢測(cè)、控制和調(diào)節(jié)。例如對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)PID控制?，F(xiàn)代的大、中型可編程控制器都有PID控制模塊，為了既能完成對(duì)模擬量的PID控制，又不加重可編程控制器內(nèi)的CPU的負(fù)擔(dān)，一般選用專門(mén)的PID模塊。（5）位置控制。目前多數(shù)PLC制造商都提供拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸控制模塊?？蓮V泛地應(yīng)用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。（6）步序控制。PLC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，可用于步序控制，即一道工序完成后，再進(jìn)行下一道工序?？捎糜诟郀t上料系統(tǒng)、供電保護(hù)系統(tǒng)、貨物存放與提取等。（7）數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代的PLC具有數(shù)據(jù)處理功能。它能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算（矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等）、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，還能完成數(shù)據(jù)采集、分析、處理。這些數(shù)據(jù)可通過(guò)通信接口傳送到其他智能裝置。（8）通信和聯(lián)網(wǎng)。新一代的PLC都具有通信功能。PLC的通信包括PLC相互之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)、PLC與其它只能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可以直接或通過(guò)通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足了工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展要求。（9）監(jiān)控功能。PLC能對(duì)系統(tǒng)異常情況進(jìn)行識(shí)別、記憶，或在發(fā)生異常情況時(shí)自動(dòng)終止運(yùn)行。操作員可以通過(guò)監(jiān)控命令監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，可以調(diào)整定時(shí)、定數(shù)等設(shè)定值。（10）其他功能。PLC還具有顯示、打印、報(bào)警、對(duì)數(shù)據(jù)和程序硬拷貝。 PLC的分類PLC的種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能，內(nèi)存容量，控制規(guī)模，外形等方面均存在較大的差異。因此，PLC的分類沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般是按照結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模、實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行大致的分類，PLC的分類如下按結(jié)構(gòu)分類。（1）整體式。整體式PLC外觀上是一個(gè)長(zhǎng)方形箱體，又稱箱體式PLC。如三菱的FX系列。（2）組合式。其模塊可以象拼積木似的進(jìn)行組合，構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，因此這種PLC又稱為模塊式或積木式PLC。如西門(mén)子的S7系列。按控制規(guī)模分類（1）微型機(jī)?？刂泣c(diǎn)數(shù)僅幾十點(diǎn)，如OMRON公司的SR系列、松下電工的FP0系列。（2）小型機(jī)?？刂泣c(diǎn)數(shù)100～500點(diǎn)，如OMRON公司的CPM1A、CQMCQM1H系列、松下電工的FP1系列。（3）中型機(jī)?？刂泣c(diǎn)數(shù)500～1000點(diǎn)，如OMRON公司的C200H機(jī)，普通配置最多可達(dá)700多點(diǎn)。西門(mén)子公司的S7—300機(jī)最多可達(dá)512點(diǎn)。（4）大型機(jī)?？刂泣c(diǎn)數(shù)1000點(diǎn)以上，如OMRON公司的C1000H、CV1000本地配置可達(dá)1024點(diǎn)，C2000、CV2000本地配置可達(dá)1600點(diǎn)，F(xiàn)PFPFP10SH使用遠(yuǎn)程I/O可達(dá)2048點(diǎn)。（5）超大型機(jī)?？刂泣c(diǎn)數(shù)可達(dá)上萬(wàn)點(diǎn)，甚至于幾萬(wàn)點(diǎn)，如美國(guó)GE公司的9070機(jī)，其點(diǎn)數(shù)可達(dá)24000點(diǎn)，另外還有8000路的模擬量。 PLC的主要機(jī)型目前世界上能生產(chǎn)PLC的廠家較多，但大、中、小、微型均能生產(chǎn)的不算太多。在中國(guó)市場(chǎng)占有較大的份額，較有影響的公司和PLC系列機(jī)型如下1．德國(guó)西門(mén)子公司。S5系列的PLC產(chǎn)品，如：S595U、100U、115U、135U及155U。135U、155U為大型機(jī)，控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)6000多點(diǎn)，模擬量可達(dá)300多路。S7系列機(jī)，有S7200（小型）、S7300（中型）及S7400（大型）。2．日本OMRON公司。P、CPM1A、CPM2A、C200H、CQMCQM1H、CV、CS1等機(jī)型。3．美國(guó)ROCKWELL公司。PS/SLC500等4．美國(guó)施耐得公司。984型PC在最大與最小之間共有20多個(gè)型號(hào)。5．日本三菱公司。FFFX、FXFX2N、A等系列，A系列為中、大型機(jī)。6．美國(guó)GE公司與日本FANAC合資的GE—FANAC公司。如90—70大型機(jī)、9030中型機(jī)、9020小型機(jī)。7．日本松下電工公司。FP0系列微型機(jī)，F(xiàn)P1系列為箱體式小型機(jī)，F(xiàn)PFPPPPP10SH為模塊式機(jī)。8．日本日立公司。E系列箱體式機(jī)，EM系列模塊式機(jī)。9．日本東芝公司。EX及EXPLUS小型機(jī)。10．日本富士公司。NB系列箱體式小型機(jī)，NS系列為模塊式機(jī)。 現(xiàn)場(chǎng)總線 現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）就是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在測(cè)量與控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)字通信系統(tǒng)[3]。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和美國(guó)儀表協(xié)會(huì)（ISA）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的定義：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備指智能壓力變送器、智能差壓變送器、智能溫度變送器、智能調(diào)節(jié)閥等。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線形象化的表述是現(xiàn)場(chǎng)總線是用全數(shù)字化的通信方式來(lái)代替模擬儀表的4～20mA 直流信號(hào)制?，F(xiàn)場(chǎng)總線是工廠自動(dòng)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最低層的通信網(wǎng)絡(luò)，它由微處理機(jī)、通信線路和通信設(shè)備互連起來(lái)組成系統(tǒng)，它是用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、智能設(shè)備和過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化、多變量、串行、雙向、多站的通信系統(tǒng)。它既有軟件，又有硬件作為總線支持結(jié)構(gòu)，它的設(shè)計(jì)思想是使現(xiàn)場(chǎng)儀表體系結(jié)構(gòu)一體化，用數(shù)字信號(hào)代替4～20mA 模擬信號(hào)制，它的模型是基于ISO 所制訂的開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）模型來(lái)制訂的。對(duì)應(yīng)于OSI 七層模型，現(xiàn)場(chǎng)總線由第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層和附加層的用戶層以及通信媒體所構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)總線通信示意圖如圖11所示?，F(xiàn)場(chǎng)總線是實(shí)現(xiàn)不同工廠生產(chǎn)的不同智能設(shè)備間互相操作及數(shù)據(jù)共享的公共通信協(xié)議，控制室得到的是完整有效的現(xiàn)場(chǎng)信息。圖11 現(xiàn)場(chǎng)總線通信示意圖Fig 11 Skech map of munication based on field bus●現(xiàn)場(chǎng)總線的分層現(xiàn)場(chǎng)總線是一種雙向、數(shù)字、串行、檢測(cè)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和局部控制器進(jìn)行通信?，F(xiàn)場(chǎng)總線分成三個(gè)不同的層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。①現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層物理層是為比特流跨過(guò)物理連接在數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體間的透明傳輸創(chuàng)造條件，物理層通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層接收數(shù)據(jù)單元、前導(dǎo)碼和定界符，編碼后再把所得的物理信號(hào)從一個(gè)儀表處發(fā)送到物理媒體上，數(shù)據(jù)信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)其它的儀表接收，譯碼并去掉前導(dǎo)碼和定界符，再傳至數(shù)據(jù)鏈路層。標(biāo)準(zhǔn)的物理層媒體是一根帶屏蔽的雙絞線電纜或者是一根多股雙絞線電纜外加一物理層的通用模型，如圖12所示。圖12 現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層的通用模型Fig 12 Ggneric model of the physical layer of field bus現(xiàn)場(chǎng)總線通信元件由兩部分來(lái)實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）。DTE 只包含物理層的一部分，即DCE 無(wú)關(guān)子層（DIS），DIS 跨過(guò)不外露給用戶的數(shù)據(jù)鏈路層— 物理層接口。傳送數(shù)據(jù)單元DIS（可包含控制、地址和幀檢驗(yàn)序列的數(shù)據(jù)塊）然后把該接口數(shù)據(jù)作為一種二進(jìn)制物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（比特）的串行流，跨過(guò)可外露給用戶的DTE— DCE 接口傳至媒體相關(guān)子層（MDS）。有三種可替換的媒體相關(guān)子層（MDS）：導(dǎo)線媒體、光纖媒體或無(wú)線的。MDS 在數(shù)據(jù)塊之前加前導(dǎo)碼及開(kāi)始定界符，在數(shù)據(jù)塊結(jié)束之后加結(jié)束定界符，然后給數(shù)據(jù)編碼。在相反的方向，它對(duì)收自媒體的信號(hào)譯碼，去掉前導(dǎo)碼和定界符，并提供信號(hào)質(zhì)量差錯(cuò)檢驗(yàn)，串行編碼信號(hào)跨過(guò)可能是外露的接口傳給媒體附加單元（MAU），發(fā)送和接收經(jīng)由媒體的物理層信號(hào)。②現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層控制傳輸媒介的存取,決定誰(shuí)在某一時(shí)間內(nèi)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。與數(shù)據(jù)鏈路層有關(guān)的術(shù)語(yǔ)有：標(biāo)號(hào)傳遞、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（SRD）、橋、簡(jiǎn)單器件、緩沖器和隊(duì)列。數(shù)據(jù)鏈路層用于提供和管理各個(gè)數(shù)據(jù)幀的傳輸。它還可以對(duì)物理層所發(fā)生的差錯(cuò)進(jìn)行檢測(cè)和糾正。在IEEE802 標(biāo)準(zhǔn)中，數(shù)據(jù)鏈路層被分成兩個(gè)子層，即媒體訪問(wèn)、邏輯鏈路控制子層，執(zhí)行差錯(cuò)檢測(cè)、尋址以及確保儀表間正確數(shù)據(jù)傳輸所需的其它功能。邏輯鏈路控制子層的操作與所用的某一特定的媒體訪問(wèn)方法無(wú)關(guān)。③現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用層現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用層內(nèi)容豐富，且不同于一般局域網(wǎng)的應(yīng)用層，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要，現(xiàn)場(chǎng)總線在采用ISO的OSI模型的簡(jiǎn)化形式的基礎(chǔ)上，在應(yīng)用層之上增加了實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)需要的用戶層，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如表11 所示。 表11 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Table11 System configuration of field bus現(xiàn)場(chǎng)總線用戶層現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用層現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層現(xiàn)場(chǎng)總線物理層現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用層包括應(yīng)用進(jìn)程、應(yīng)用進(jìn)程對(duì)象、應(yīng)用實(shí)體、應(yīng)用服務(wù)元素等。應(yīng)用進(jìn)程是軟件資源和硬件資源集，它們用來(lái)支持特定的實(shí)時(shí)分布信息處理活動(dòng)。通常可把應(yīng)用進(jìn)程表示為對(duì)象，這些對(duì)象是物理資源、條件、事件或時(shí)間等的抽象表示，這些對(duì)象劃分成以下兩類：參與通信的對(duì)象和不參與通信的對(duì)象。參與通信的對(duì)象又稱為應(yīng)用進(jìn)程對(duì)象。由于應(yīng)用進(jìn)程對(duì)象本身沒(méi)有通信能力，需要應(yīng)用實(shí)體為它提供通信能力。應(yīng)用進(jìn)程通過(guò)相同的應(yīng)用實(shí)體進(jìn)行交互通信。因此，在應(yīng)用進(jìn)程結(jié)構(gòu)中，至少包含一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程對(duì)象和一個(gè)應(yīng)用實(shí)體。應(yīng)用服務(wù)元素通過(guò)提供通信支持服務(wù)來(lái)支持應(yīng)用進(jìn)程，可根據(jù)服務(wù)內(nèi)容的不同，把這些支持服務(wù)集組成應(yīng)用服務(wù)元素?！瘳F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開(kāi)放性現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開(kāi)放性，允許并鼓勵(lì)不同廠家按照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主開(kāi)發(fā)具有特點(diǎn)及專有技術(shù)的產(chǎn)品。依照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)規(guī)范，不同廠家產(chǎn)品可以方便完成組態(tài)與集成，構(gòu)成面向行業(yè)、適合行業(yè)特點(diǎn)的自主控制系統(tǒng)。這一特點(diǎn)為更多的自動(dòng)化產(chǎn)品制造商自主開(kāi)發(fā)并推出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化系統(tǒng)提供了可能。也為自動(dòng)化系統(tǒng)集成商開(kāi)發(fā)面向行業(yè)應(yīng)用的成套技術(shù)和自動(dòng)化系統(tǒng)提供了機(jī)會(huì)。 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議現(xiàn)狀和比較現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展迅速，現(xiàn)處于群雄并起、百家爭(zhēng)鳴的階段。目前已開(kāi)發(fā)出有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODBUS、Aret、PNet、FIP、ISP 等，其中最具影響力的有5種，分別是FF、Profitbus、HART、CAN 和LonWorks（性能對(duì)照見(jiàn)表12）表12 常見(jiàn)總線比較Table12 pare field bus of constant●FF（Foundation Fieldbus 現(xiàn)場(chǎng)基金會(huì)總線）FF（Foundation Fieldbus 現(xiàn)場(chǎng)基金會(huì)總線）由美國(guó)儀器協(xié)會(huì)（ISA）1994 推出，代表公司有Honeywell 和FisherRosemount，主要應(yīng)用于石油化工、連續(xù)工業(yè)過(guò)程控制中的儀表。FF 的特色是其通訊協(xié)議在ISO 的OSI 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層3層之上附加了用戶層，通過(guò)對(duì)象字典OD（Object Dictionary）和設(shè)備描述語(yǔ)言DDL（Device Description Language）實(shí)現(xiàn)可互操作性。目前基于FF的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品有，美國(guó)Smar 公司生產(chǎn)的壓力溫度變送器，Honeyweillamp。Rockweill 推出的ProcessLogix 系統(tǒng)，F(xiàn)isherRosemount 推出的PlantWeb。●Profibus（Process Fieldbus） Profibus（Process Fieldbus）德國(guó)西門(mén)子公司1987 年推出，主要應(yīng)用于PLC。產(chǎn)品有三類：FMS 用于主站之間的通訊；DP 用于制造行業(yè)從站之間的通訊；PA用于過(guò)程行業(yè)從站之間的通訊。由于Profibus 開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間早至十年前，限于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)水平，大多建立在IT 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和用戶要求越來(lái)越高，現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品只能在原有IT 協(xié)議框架上進(jìn)行局部的修改和補(bǔ)充，以致在控制系統(tǒng)內(nèi)增加了很多的轉(zhuǎn)換單元（如各種耦合器），這為該產(chǎn)品今后的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)了一定的局限性?！馠ART（Highway Addressable Remote Tranducer 可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路）HART（HighwayAddressable Remote Tranducer 可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路）美國(guó)Rosemount 公司1989 年推出，主要應(yīng)用于智能變送器。HART 為一過(guò)渡性標(biāo)準(zhǔn)，它通過(guò)在420mA 電源信號(hào)線上疊加不同頻率的正弦波（2200HZ表“0”，1200HZ 表“1”）來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)，從而保證了數(shù)字系統(tǒng)和傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)的兼容性，預(yù)計(jì)其生命周期為最近20 年?！馛AN（ControllerArea Network 控制局域網(wǎng)絡(luò)） CAN（Controller Area Network 控制局域網(wǎng)絡(luò)）德國(guó)Bosch公司1993 年推出，應(yīng)用于汽車監(jiān)控、開(kāi)關(guān)量控制、制造業(yè)等。介質(zhì)訪問(wèn)方式為非破壞性位仲裁方式，適用于實(shí)時(shí)性要求很高的小型網(wǎng)絡(luò)，且開(kāi)發(fā)工具廉價(jià)。Motorala、Intel、Philips 均生產(chǎn)獨(dú)立的CAN 芯片和帶有CAN 接口的芯片。CAN 型總線產(chǎn)品有AB 公司的DeviceNet、臺(tái)灣研華的ADAM 數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品等?！馤onWorks（LON Local Operating System 局部操作系統(tǒng)） LonWorks（LON Local Operating System 局部操作系統(tǒng)）美國(guó)Echelon 公司1991年推出，主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化和電力行業(yè)等。LonTalk 的全部7層協(xié)議，介質(zhì)訪問(wèn)方式為PP CSMA（預(yù)測(cè)P堅(jiān)持載波監(jiān)聽(tīng)多路復(fù)用），采用網(wǎng)絡(luò)邏輯地址尋址方式，優(yōu)先權(quán)